第四章LED技術(shù)指標和測量方法

第四章LED的技術(shù)指標和測量方法主要內(nèi)容LED的電學指標LED的光學指標

電-光轉(zhuǎn)換效率LED的熱學指標1234主要內(nèi)容LED的電流-電壓特性LED的電學指標

LED的極限參數(shù)LED的其他電學參數(shù)1234

4.1LED的電學指標1.

LED的電流-電壓特性正向死區(qū)（1）OA段：正向死區(qū)

VA為開啟LED發(fā)光的電壓。開啟電壓對于不同LED其值不同，紅色（黃色）LED為0.2~0.25V，綠色（藍色）LED為0.3~0.35V。（2）AB段：工作區(qū)

在這一區(qū)段，一般是隨著電壓增加電流也跟著增加，發(fā)光亮度也跟著增大。但在這個區(qū)段內(nèi)要特別注意，如果不加任何保護，當正向電壓增加到一定值后，那么發(fā)光二極管的正向電壓會減小，而正向電流會加大。如果沒有保護電路，會因電流增大而燒壞發(fā)光二極管。（3）OC段：反向死區(qū)

發(fā)光二極管加反向電壓是不發(fā)光的（不工作），但有反向電流。這個反向電流通常很小，一般在幾μA之內(nèi)。在1990~1995年，反向電流定為10μA，1995~2000年為5μA；目前一般是在3μA以下，但基本上是0μA。（4）CD段：反向擊穿區(qū)

發(fā)光二極管的反向電壓由于所用化合物材料種類不同，各種LED的反向擊穿電壓VC也不同，一般不要超過10V，最大不得超過15V。超過這個電壓，就會出現(xiàn)反向擊穿，導(dǎo)致LED報廢。2.LED的電學指標對于LED器件，一般常用的電學指標有以下幾項：（1）正向電壓VF：通過LED的正向電流在20mA時的正向電壓。（2）正向電流IF：加載在LED兩端的正向電壓為規(guī)定值時，流過LED的電流。（3）反向漏電流IR：按LED以前的常規(guī)規(guī)定，指反向電壓在5V時的反向漏電流。如上面所說，隨著發(fā)光二極管性能的提高，反向漏電流會越來越小，但大功率LED芯片尚未明確規(guī)定。（4）工作時的耗散功率PD：即正向電流乘以正向電壓。3.LED的極限參數(shù)對于LED器件，一般常用的極限參數(shù)有以下幾項：（1）最大允許耗散功率Pmax：允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值，LED發(fā)熱、損壞。當流過LED的電流為IF、管壓降為UF則功率消耗為P=UF×IF。（25度時的耗散功率）（2）最大允許工作電流IFM：允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。一般只用到最大電流IFM的60%為好。（3）最大允許正向脈沖電流IFP：一般是由占空比與脈沖重復(fù)頻率來確定。LED工作于脈沖狀態(tài)時，可通過調(diào)節(jié)脈寬來實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，例如LED顯示屏就是利用這個手段來調(diào)節(jié)亮度的。（4）反向擊穿電壓VR：所允許加的最大反向電壓，反向擊穿電壓通常不能超過20V。4.LED的其他電學參數(shù)

在高頻電路中使用LED時，還要考慮以下兩個因素：結(jié)電容Cj響應(yīng)時間：上升時間tr，下降時間tf

當LED接在高頻電路中使用時，要考慮到結(jié)電容和上升、下降時間，否則LED無法正常工作。響應(yīng)時間①響應(yīng)時間從使用角度來看，就是LED點亮與熄滅所延遲的時間，即圖中tr、tf。圖中t0值很小，可忽略。②響應(yīng)時間主要取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。

LED的光學指標2主要內(nèi)容

光的顏色的三種表示法

與光輻射強度有關(guān)的指標12一

光的顏色的三種表示法

國際照明委員會色品圖表示法光的顏色鮮艷度色溫或相關(guān)色溫1國際照明委員會色品圖表示法

CIE1931色品圖主波長λd：指人眼所能觀察到的，由LED發(fā)出主要單色光的波長。有的LED發(fā)光不單是單一色，即不僅有一個峰值波長；甚至有多個峰值，并非單色光。為此描述LED色度特性而引入主波長。單色性越好，則λp也就是主波長。

峰值波長λp:由上述分析可知，無論什么材料制成的LED，都有一個相對光強度最強處（光輸出最大），與之相對應(yīng)有一個波長，此波長叫峰值波長，用λp表示。只有單色光才有λp波長。它是一種純粹的物理量，一般應(yīng)用于波形比較對稱的單色光檢測。

譜線寬度(FWHM:Fullwidthathalfmaximum)：在LED譜線的峰值兩側(cè)±△λ處，存在兩個光強等于峰值（最大光強度）一半的點，此兩點分別對應(yīng)λp-△λ，λp+△λ之間寬度叫譜線寬度，也稱半功率寬度或半高寬度，簡稱半寬度或帶寬。半寬度反映譜線寬窄，即LED單色性的參數(shù)，LED半寬小于40nm。2光的顏色鮮艷度x1x2λp峰值波長λp及譜線寬度（1）定義色溫是表示光源光譜質(zhì)量最通用的指標。一般用Tc表示。色溫是按絕對黑體來定義的，光源的輻射在可見區(qū)和絕對黑體的輻射完全相同時，此時黑體的溫度就稱此光源的色溫。（2)低色溫光源的特征是能量分布中，紅輻射相對說要多些，通常稱為“暖光”；色溫提高后，能量分布中，藍輻射的比例增加，通常稱為“冷光”。3色溫1

相對視敏函數(shù)曲線對于不同的光線，即使光功率一樣，人眼感到的光強度仍是不一樣。二、與光輻射強度有關(guān)的指標2光通量Φ（1）定義光通量是指輻射光功率能夠被人眼視覺系統(tǒng)所感受到的那部分有效當量，它是根據(jù)人眼對光的感覺來評價的。單位為流明（lm）。（2）物理意義單位時間內(nèi)輻射能量的大小，光通量的實質(zhì)是表征光源輻射能量的能力，是光度量概念中最基本的物理量。光通量Φ是表征LED總光輸出的輻射能量，它標志器件的性能優(yōu)劣。Φ為LED向各個方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。隨著電流增加，LED光通量隨之增大。LED向外輻射的功率——光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關(guān)。（1）定義發(fā)光強度I：光源在指定方向上立體角Ω內(nèi)發(fā)出的光通量，或所得到光源傳輸?shù)墓馔?，兩者的商即為發(fā)光強度I，簡稱光強，單位：坎德拉（cd)。其具體表達式為：I=Φ/Ω。（2）物理意義發(fā)光強度是表示光源發(fā)光強弱程度的物理量，它表征發(fā)光器件發(fā)光強弱的重要性能。例：若光源向空間發(fā)射的光通量為Φ，由于光源總立體角為4π，則平均光強為Iθ=Φ/4π。3發(fā)光強度I4亮度發(fā)光體在給定方向上單位投影面積上發(fā)射的發(fā)光強度稱為亮度，用符號L表示，單位為尼特（nt），1nt=1坎/米2（cd/m2）。5.照度物體的照度不僅與它表面上的光通量有關(guān)，而且與它本身表面積的大小有關(guān)，即在單位面積上接收到的光通量稱為照度，用符號E表示，單位為勒克斯（lx）。照度是表征被照物接受光通強弱的物理量。6.半強度角半強度角：就是光源中心法線方向向四周張開，中心光強I到周圍的I/2之間的夾角，即為半強角度θ/2。θI法線I/2I/2光源光源的半強度角

電-光轉(zhuǎn)換效率3主要內(nèi)容

輻射過程的能量損失

封裝時的能量損失激發(fā)過程的能量損失123電-光轉(zhuǎn)換效率

光功率效率：

流明效率：流明效率與內(nèi)量子效率和外量子效率有關(guān)。在電-光轉(zhuǎn)換效率中，存在以下的能量損失：1）輻射過程的能量損失：(1)正向電壓VF下，載流子在PN結(jié)中復(fù)合發(fā)射出光子，會造成能量的損失；(2)由于PN結(jié)中有雜質(zhì)、晶格缺陷等因素，每個電子渡越PN結(jié)與空穴復(fù)合時，并不是都能激發(fā)產(chǎn)生出一個光子，即內(nèi)量子效率不可能達到100%；(3)每個電子渡越PN結(jié)耗能一定大于發(fā)射那個光子所具有的能量。2）封裝時的能量損失3）激發(fā)過程的能量損失：比如：對于白光LED，由于用藍光激發(fā)YAG熒光粉，因此在激發(fā)的過程中存在能量損失：(1)藍光對YAG熒光粉并非100%激發(fā)，這與黃色YAG熒光粉的顆粒大小和均勻度有關(guān)系；(2)藍色光子能量大于激發(fā)出黃色光子的能量，在藍色光子轉(zhuǎn)化成黃色光子的過程中存在能量損失；(3)溫度升高，藍光太強，非輻射現(xiàn)象增加，藍光轉(zhuǎn)換成黃光的效率下降。

LED的熱學指標4主要內(nèi)容

熱阻

LED的儲存環(huán)境溫度與工作溫度其他相關(guān)指標123LED器件的熱學性能會直接影響到器件發(fā)光效率、強度、光譜特性、工作穩(wěn)定性和使用壽命。一、熱阻Rth1、熱阻（1）定義：在LED點亮后達到熱量傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)時，芯片表面每耗散1W的功率，芯片pn結(jié)點的溫度與連接的支架或鋁基板的溫度之間的溫差就稱為熱阻，單位為（2）物理意義（1）數(shù)值越低，表示芯片中的熱量傳導(dǎo)到支架或鋁基板上就越快。（2）熱阻越小越好，接觸面之間沒有溫差。2、影響熱阻的因素：

與LED的芯片本身的結(jié)構(gòu)與材料有關(guān)；

與LED芯片黏結(jié)所用的材料的導(dǎo)熱性能及黏結(jié)時的質(zhì)量有關(guān)；

與熱沉的材料及散熱面積大小有關(guān)。3、確定熱阻的大?。褐袊娮涌萍技瘓F第十三研究所制造的NC2992型半導(dǎo)體器件可靠性分析儀二、LED的儲存環(huán)境溫度與工作溫度儲存環(huán)境溫度：-40~+100oC工作溫度：-30~+80oC

防靜電（ESD）指標：一般LED做好后，雙極開路